ساخت و مشخصه‌یابی کامپوزیت بر پایه Al2O3-Y2O3

نوع مقاله : علمی و پژوهشی

نویسنده

• سید علی حسن زاده تبریزی

مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

10.22067/jmme.2024.83191.1115

چکیده

در تحقیق حاضر نانوذرات بر پایه آلومینا-ایتریا با استفاده از روش سل-ژل ساخته شد. سپس اثر عملیات حرارتی بر تغییرات فازی و اندازه بلورک‌ها در این سیستم کامپوزیتی بررسی شد. پودرکامپوزیتی تولیدی با استفاده از پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مشخصه‌یابی شد. برای بررسی اثر دما بر بلورک‌ها از رابطه شرر استفاده شد. سپس پودر کامپوزیتی پرس ایزواستاتیک سرد شد و تحت فرایند تف‌جوشی بدون فشار در دماهای مختلف قرار گرفت تا تغییرات دانسیته آن مورد ارزیابی قرار بگیرد. نتایج پراش پرتو ایکس نشان داد نمونه پودری در ابتدا آمورف می‌باشد. با افزایش درجه حرارت اجزاء این سیستم کامپوزیتی وارد واکنش شده و فاز‌های آلفا Al2O3 و Y3Al5O12در آن تشکیل شد. اندازه بلورک‌های فاز تتا آلومینا با افزایش دما تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد افزایش یافت در حالی که پس از این درجه حرارت به دلیل تجزیه این فاز اندازه بلورک‌های آن کاهش می‌یابد. دانسیته نمونه‌ها با افزایش درجه حرارت تا ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد افزایش یافت به طوری که نمونه‌ها به دانسیته نسبی حدود ۹۶ درصد رسیدند. منحنی افزایش دانسیته نانوپودرکامپوزیتی سه مرحله متفاوت را در طی تف‌جوشی نشان داد. بررسی سختی نمونه‌ها نشان داد که با افزایش دمای تف‌‌جوشی سختی افزایش می‌یابد و در نمونه‌ تف‌جوشی شده در ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد به مدت ۳ ساعت سختی ویکرز به حدود ۱۴ گیگاپاسکال رسید.

کلیدواژه‌ها

• آلومینا
• آیتریا
• کامپوزیت
• سل-ژل

موضوعات

• سرامیک

---

عنوان مقاله [English]

Fabrication and characterization of Al2O3-Y2O3 based composite

نویسنده [English]

• Sayed Ali Hassanzadeh Tabrizi

Advanced Materials Research Center, Department of Materials Engineering, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran

چکیده [English]

In the present research, nanoparticles based on the alumina-yttria system were synthesized using a sol-gel method. Then, the effect of heat treatment on the phase evolution and crystallite size in this composite system was investigated. The produced composite powder was characterized using X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Scherrer equation was used to investigate the effect of temperature on crystallite sizes. The composite powder was cold isostatically pressed and subjected to a pressureless sintering process at different temperatures to evaluate its density changes. The X-ray diffraction results showed that the powder sample was initially amorphous. By increasing the temperature, the components of this composite system reacted and Alpha-Al2O3 and Y3Al5O12 phases are formed. The crystallite size of the Theta-alumina phase grew with increasing temperatures up to 1000 C. At higher temperatures, crystallite size decreased due to the decomposition of theta-alumina. The density of the samples increased by increasing the temperature up to 1600 C so that the samples reached a relative density of about 96%. The densification curve of the composite showed three different stages during sintering. Examining the hardness of the samples showed that the hardness increases with the increase of the sintering temperature, and in the sample sintered at 1600 C for 3 hours, the Vickers hardness reached about 14 GPa.

کلیدواژه‌ها [English]

• Alumina
• Yttria
• Composite
• Sol-gel

مراجع

[1] M. Alipour Sougavabar, S. A. Niknam, B.  Davoodi, “Study of tool flank wear and surface quality in milling of AL520-MMCs reinforced with sic and sn particles,”  Journal of Science and Technology of Composites, vol. 9, no. 2, pp. 1970-1975, 2022.

[2] Y. Chang, X. Yao, Y. Chen, D. Zou, “Review on ceramic-based composite phase change materials: preparation, characterization and application,”  Composites Part B: Engineering, vol. 254, pp. 110584, 2023.

[3] J. Singh, A. Chauhan, “Characterization of hybrid aluminum matrix composites for advanced applications–a review,”  Journal of Materials Research and Technology, vol. 5, no. 2, pp. 159-169, 2016.

[4] G. D. Zhan,  A. K. Mukherjee, “Carbon nanotube reinforced alumina-based ceramics with novel mechanical, electrical, and thermal properties,”  International Journal of Applied Ceramic Technology, vol. 1, no. 2, pp. 161-171, 2004.

[5] P. F. Becher, G. C. Wei, “Toughening behavior in sic-whisker-reinforced alumina,”  Journal of the American ceramic society, vol. 67, no. 12, pp. C‐267-C‐269, 1984.

[6] Y. Li, Kim, Y.-H. Koh, “Improving the surface hardness of zirconia toughened alumina (zta) composites by surface treatment with a boehmite sol,”  Ceramics International, vol. 38, no. 4, pp. 2889-2892, 2012.

[7] M. Beyhaghi, A. Kiani-Rashid, M. Kashefi, J.V. Khaki, S. Jonsson, “Investigation of in-situ synthesis and consolidation of NiAl–Al2O3 composites by reactive spark plasma sintering process using mechanically activated reaction,”  International Journal of Material Science Innovations, Vol. 2, No. 4, pp. 100-116, 2014.

[8] M. Beyhaghi, “investigation of influences of mechanical activation and heating rate on nanostructured NiAl-Al2O3 composites formation by combustion synthesis,”  Advanced Processes in Materials Engineering, vol. 11, no. 2, pp. 1-25, 2017.

[9] S. Ochiai, T. Ueda, K. Sato, M. Hojo, Y. Waku, N. Nakagawa, S. Sakata, A. Mitani,  T. Takahashi, “Deformation and fracture behavior of an Al2O3/YAG composite from room temperature to 2023 K,”  Composites Science and Technology, vol. 61, no. 14, pp. 2117-2128, 2001.

[10] H. Wang, and L. Gao, “Preparation and microstructure of polycrystalline Al2O3–YAG composites,”  Ceramics international, vol. 27, no. 6, pp. 721-723, 2001.

[11] B. Yao, H.Su, J. Zhang,  Q. Ren, W. Ma, L. Liu, H. Fu, , “Sintering densification and microstructure formation of bulk Al2O3/YAG eutectic ceramics by hot pressing based on fine eutectic structure,”  Materials & Design, vol. 92, pp. 213-222, 2016.

[12] D. Bučevac, M. Omerašević, A. Egelja, Ž. Radovanović, L.Kljajević, S. Nenadović, V.Krstić, “effect of YAG content on creep resistance and mechanical properties of Al2O3-YAG composite,”  Ceramics International, vol. 46, no. 10, pp. 15998-16007, 2020.

[13] P. Palmero, G. Fantozzi, F. Lomello, G. Bonnefont, L.Montanaro, “creep behaviour of alumina/YAG composites prepared by different sintering routes,”  Ceramics International, vol. 38, no. 1, pp. 433-441, 2012.

[14] R. Pournajaf, S. A.Hassanzadeh-Tabrizi, “Polyacrylamide synthesis of nanostructured copper aluminate for photocatalytic application,” Journal of Advanced Materials and Processing, vol. 5, no. 4, pp. 12-19, 2018.

[15] M. Parashar V. K. Shukla, R. Singh, “metal oxides nanoparticles via sol–gel method: a review on synthesis, characterization and applications,”  Journal of Materials Science: Materials in Electronics, vol. 31, pp. 3729-3749, 2020.

[16] U. Holzwarth, N. Gibson, “The scherrer equation versus the'debye-scherrer equation,”  Nature nanotechnology, vol. 6, no. 9, pp. 534-534, 2011.

[17] M. Beyhaghi, M. Kashefi, A. Kiani-Rashid, J.V. Khaki, S. Jonsson, “In-situ synthesis of nanostructured NiAl-Al2O3 composite coatings on cast iron substrates by spark plasma sintering of mechanically activated powders,”  Surface and Coatings Technology, vol. 272, pp. 254-267, 2015.

[18] M. Beyhaghi, A. Kiani-Rashid, J.V. Khaki, M. Kashefi, S. Jonsson, “Influences of mechanical activation and heating rate on reaction processes in combustion synthesis of NiAl-Al2O3 composites,”  Powder Technology, vol. 346, pp. 347-247, 2019.

[19] D. Gouvêa, D. C. Rosário, L. B. Caliman, , “Surface and grain‐boundary excess of ZnO‐Doped SnO2 nanopowders by the selective lixiviation method,”  Journal of the American Ceramic Society, vol. 100, no. 9, pp. 4331-4340, 2017.

[20] D. L. Marchisio, F. Omegna, A. A. Barresi, P. Bowen, “effect of mixing and other operating parameters in sol− gel processes,”  Industrial & engineering chemistry research, vol. 47, no. 19, pp. 7202-7210, 2008.